为什么数据中心水冷没有普及？

Question

从我读到和听到的关于数据中心的信息来看，使用水冷的服务器机房并不多，最大的数据中心都没有使用水冷（如果我错了，请纠正我）。另外，购买普通的水冷PC组件相对容易，而水冷机架服务器几乎不存在。

另一方面，使用水可能（IMO）：

1. 降低大型数据中心的功耗，特别是如果可以创建直接冷却设施（即设施位于河流或大海附近）。

2. 减少噪音，减少人类在数据中心工作的痛苦。

3. 减少服务器所需的空间：

   • 在服务器层面，我想在机架和刀片服务器中，通过水冷管比浪费空间让空气通过更容易，
   • 在数据中心层面，如果仍然需要保留服务器之间的通道以维护对服务器的访问，则可以去除地板下和天花板上用于通风的空白空间。

那么为什么水冷系统在数据中心级别和机架/刀片服务器级别都没有普及？

是不是因为：

• 服务器级别的水冷几乎没有冗余？

• 与普通数据中心相比，水冷设施的直接成本太高？

• 这样的系统很难维护（定期清洗使用河水的水冷系统当然比仅仅真空清洗风扇要复杂和昂贵得多）？

Answer 1

水 + 电 = 灾难

水冷允许比空气冷却更大的功率密度；所以弄清楚额外密度的成本节省（可能没有，除非你的空间非常有限）。然后计算水灾风险的成本（比如 1% * 您的设施成本）。然后做一个简单的风险回报比较，看看它是否对你的环境有意义。

Answer 2

所以我将在几个部分打破我的答案：

• 水与空气和矿物油的物理特性
• 用水风险和历史不良经历
• 冷却数据中心的总成本
• 经典液体冷却系统的弱点

与其他水相比，水的物理特性

首先是一些简单的规则：

• 液体比气体能传输更多的热量
• 蒸发液体提取物更多的热量（用于冰箱）
• 在所有液体中，水具有最好的冷却性能。
• 流动的流体比非流动的流体更好地提取热量
• 湍流需要更多的能量来移动，但比层流更好地提取热量。

如果将水和矿物油与空气进行比较（相同体积）

• 矿物油比空气好1500倍左右

• 水比空气好3500倍左右

• 油在任何情况下都是不良电导体，用于冷却大功率变压器。

• 根据其确切类型，油是一种溶剂，能够溶解塑料
• 如果水不纯（含有矿物质……），则水是电的良导体，否则不
• 水是一种很好的电解质。因此，与水接触的金属可以在某些条件下溶解。

现在对我上面所说的进行一些评论：比较是在大气压下进行的。在这种情况下，水的沸腾温度为 100°C，高于处理器的最高温度。所以当用水冷却时，水保持液态。用矿物油或氟利昂等有机化合物冷却（冰箱中使用的）是某些应用（发电厂、军用车辆...）的经典冷却方法，但长期使用与塑料直接接触的油从未做过在 IT 领域。所以它对服务器部件可靠性的影响是未知的（Green Evolution 只字不提是）。让你流动起来很重要。依靠静止液体内部的自然运动来去除热量是低效的，并且在没有管道的情况下正确引导液体是很困难的。由于这些原因，

技术问题

使空气流动很容易，泄漏不会对安全（对效率）构成威胁。它需要大量空间并消耗能源（您的桌面消耗的 15% 用于您的风扇）

使液体移动很麻烦。你需要管道、冷却块（冷板）连接到你想要冷却的每个组件、一个水箱、一个泵，也许还有一个过滤器。此外，维修这样的系统很困难，因为您需要去除液体。但它需要更少的空间和更少的能量。

另一个重要的一点是，很多研究和标准化都集中在如何设计基于带冷却风扇的空气系统的主板、台式机和服务器上。并且由此产生的设计不适用于基于液体的系统。更多信息请访问formfactors.org

风险

• 如果您的设计做得不好，水冷却系统可能会泄漏。热管是没有泄漏的基于液体的系统的一个很好的例子（查看此处了解更多信息）
• 常见的水冷系统仅冷却热组件，因此其他组件仍需要气流。因此，您有 2 个冷却系统而不是一个，这会降低空气冷却系统的性能。
• 对于标准设计，如果漏水与金属部件接触，则存在造成大量损坏的巨大风险。

评论

• 纯净水是电的不良导体
• 电子元件的几乎每个部分都涂有非导电涂层。只有焊盘不是。所以几滴水是无害的
• 现有技术解决方案可以减轻水风险

冷却空气会降低其含水量（湿度），因此存在冷凝风险（对电子产品不利）。所以当你冷却空气时，你需要去除水分。这需要能量。人体的正常湿度水平约为湿度的 70%。因此，您可能需要在冷却后将空气中的水放回空气中以供人们使用。

数据中心的总成本

当您考虑在数据中心进行冷却时，您必须考虑到它的每个部分：

• 调节空气（过滤、去除多余的湿气、四处移动……）
• 冷空气和热空气不应混合，否则会降低效率并存在热点风险（未充分冷却的点）
• 您需要一个系统来提取多余的热量，或者您必须限制热量产生密度（每个机架减少服务器数量）
• 您可能已经有管道将热量从房间中排出（将其输送到屋顶）

数据中心的成本取决于其密度（每平方米的服务器数量）和功耗。（其他一些因素也考虑在内，但不在此讨论中）总数据中心表面分为服务器本身使用的表面、冷却系统、公用设施（电力...）和维修室使用的表面。如果每个机架有更多的服务器，则需要更多的冷却，因此需要更多的冷却空间。这限制了数据中心的实际密度。

习惯

数据中心是高度复杂的东西，需要很高的可靠性。数据中心停机原因的统计数据表明，80% 的停机时间是由人为错误造成的。

为了达到最佳的可靠性水平，您需要大量的程序和安全措施。因此，从历史上看，在数据中心中，所有程序都是针对空气冷却系统制定的，如果数据中心没有禁止水，则将其限制为最安全的使用。基本上，水不可能与服务器接触。

到目前为止，没有一家公司能够提供足够好的水冷解决方案来改变这一事实。

概括

• 从技术上讲，水更好
• 服务器设计和数据中心设计不适应水冷
• 当前的维护和安全程序禁止在服务器内部使用水冷
• 没有任何商业产品足以用于数据中心

Answer 3

虽然我们确实有一些水冷机架（实际上是 HP 机架，不知道他们是否还在生产）现在直接水冷有点过时了。大多数新的大型数据中心都建有吸入通道，您可以将机架推入其中，然后吸入环境空气并排出或捕获在设备中移动时收集的热量以供再利用。这意味着根本不需要冷却并节省大量能源、复杂性和维护，尽管它确实限制系统使用非常特定的机架/尺寸，并且需要在前面“空白”备用机架空间。

Answer 4

水是一种通用溶剂。如果有足够的时间，它会吃掉一切。

水冷还会给您在帖子中提到的数据中心增加相当大（且代价高昂）的复杂性。

由于一些非常具体的原因，大多数数据中心中的灭火系统不含水，在很多情况下，水损害可能比火灾损害更大，并且因为数据中心的任务是正常运行（带有备用发电机等） ，这意味着很难切断某物的电源（在发生火灾时）向其喷水。

所以你能想象如果你的数据中心有某种复杂的水冷系统，它会在发生火灾时放弃鬼魂吗？？哎呀。